2.2 冲裁过程分析

2.2.1 冲裁变形过程

在冲裁过程中，冲裁模的凸、凹模组成上下刃口，在压力机的作用下，凸模逐渐下降，接触被冲压材料并对其加压，使材料发生变形直至产生分离。为了研究冲裁的变形机理，控制冲裁件的质量，就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。当模具凸、凹模间隙正常时，板料的变形过程可分为三个阶段，如图2.5所示。

1.弹性变形阶段

弹性变形阶段如图2.5（a）所示，当凸模开始接触板料并下压时，凸、凹模刃口周围的材料产生应力集中现象，从而使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂变形。随着凸模的继续压入，材料在刃口周围所产生的应力也逐渐增大，直到材料内应力达到弹性极限。此时，若卸除凸模压力，材料能够恢复原状，不产生永久变形，这就是弹性变形阶段。

2.塑性变形阶段

塑性变形阶段如图2.5（b）所示，随着凸模继续压入，材料的内应力达到屈服极限，材料在与凸、凹模的接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料，板料挤入凹模。在板料剪切面的边缘，由于弯曲、拉伸等作用形成塌角，同时由于塑性剪切变形，在剪切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的直边。纤维组织产生更大的弯曲和拉伸变形。随着材料内应力的增大，塑性变形程度也随之增加，变形区的材料硬化加剧，刃口附近的材料应力将达到强度极限，塑性变形阶段结束。

3.断裂阶段

断裂阶段如图2.5（c）所示，当板料内的应力达到强度极限后，随着凸模继续下压，在与凸、凹模的接触处，板料产生微小裂纹。在应力作用下，裂纹不断扩展并向材料内延伸。当凸、凹模之间具有合理间隙时，上下裂纹能够汇合，板料发生分离。凸模继续下压，将已分离的材料从板料中推出，完成冲裁过程。

由上述冲裁变形的分析可知，冲裁过程的变形是很复杂的。冲裁变形区为凸、凹模刃口连线的周围材料部分，其变形性质是以塑性剪切变形为主，还伴有拉伸、弯曲与横向挤压等变形。所以冲裁件及废料的平面常有翘曲现象。

2.2.2 冲裁件断面特征

在正常冲裁工作条件下，在凸模刃口产生的剪切裂纹与在凹模刃口产生的剪切裂纹是相互汇合的，这时可得到图2.6所示的冲件断面，它具有如下四个特征区：

1.塌角（圆角）区

塌角是由于板料受弯曲、拉伸作用而形成的。冲孔工序中，塌角位于孔断面的小端；落料工序中，塌角位于上件断面的大端。板料的塑性越好，凸、凹模之间的间隙越大，形成的塌角也越大。

2.光亮带

光亮带紧挨塌角区，是由于凸模切入板料及板料挤入凹模时产生塑性剪切变形而形成的，光亮带垂直于板料平面。冲孔工序中，光亮带位于孔断面的小端；落料工序中，光亮带位于零件断面的大端。较高质量的冲裁件断面，应该是光亮带较宽，约占整个断面高度的1/3～1/2。板料塑性越好，凸、凹模之间的间隙越小，光亮带的宽度越宽。

3.断裂带

断裂带紧挨着光亮带，是由于冲裁时产生裂纹及裂纹扩展而形成的。断裂带表面粗糙，并带有4°～6°的斜角。在冲孔工序中，断裂带位于孔断面的大端；在落料工序中，断裂带位于零件断面的小端。凸、凹模之间的间隙越大，断裂带越宽且斜角越大。

4.毛刺

毛刺紧挨着断裂带的边缘，是由于断面的撕裂而产生的。

影响冲裁件断面质量的因素很多，其中影响最大的是凸、凹模之间的冲裁间隙。在具有合理间隙的冲裁条件下，所得到的冲裁件断面塌角较小，有正常的光亮带，其断裂带虽然粗糙，但比较平坦，斜度较小，毛刺也不明显。

由此可见，冲裁件的断面不很整齐，仅短短的一段光亮带是柱体。若不计弹性变形的影响，则板料孔的光亮体的光亮柱体部分尺寸，近似等于凸模尺寸；落料的光亮柱体部分，近似等于凹模尺寸。对于板料孔，决定孔类零件配合性质的是它的最大尺寸，也是它的光亮柱体部分尺寸，于是可得出如下重要的关系式：

落料尺寸=凹模尺寸

冲孔尺寸=凸模尺寸

这是计算凹模尺寸和凸模尺寸的主要依据。